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黄浦江旋转闸门的三维水动力分析

潘振华  
【摘要】: 黄浦江是一条横贯上海市市区的感潮型河流,这使得它的防汛建设极其重要。为了抵御不断加剧的风暴潮威胁,在吴淞口修建一座开敞式挡潮闸是一种可行的方案。而定轴浮体旋转式闸门是挡潮闸闸门的选型之一。 本文基于雷诺平均N-S方程和VOF方法,采用实测地形及由基于浅水方程的黄浦江潮流数学模型计算得到的边界水位数据建立考虑闸门运行的三维数值模型,运用滑移网格技术对黄浦江吴淞口处拟建的一对定轴浮体旋转式新型闸门的闭合过程进行了数值模拟。通过分析闸门的受力验证了定边界条件下初始计算流场的合理性,并用弯道的水动力特性分析验证闸门开始旋转前的计算流场。依照两个闸门旋转方向的不同组合方式将闸门闭合过程分为四个工况,并对这四个工况的闸门段流场结构和闸门所受水动力进行了比较分析,发现闸门相向和背向对称转动是较合适的闸门闭合运行方式。 针对相向旋转闭合工况,将定流速下闸门固定在不同角度时闸门的受力与闸门转动工况中同角度时闸门的受力进行了比较分析,发现固定角度计算的结果与在实际水动力条件下的计算结果相差较大,固定角度计算不能满足工程研究需要。最后,还模拟计算了闸门在下沉至河床前保持完全关闭的状态下的黄浦江流场,认为闸门在转至90度后应尽早下沉至河床,以发挥最大的挡潮效能。 本项研究在保证计算精度的前提下,解决了长江、黄浦江“大模型”计算量过大的问题,并使用合理的计算资源,首次实现了旋转闸门运行时感潮河段流场及作用在闸门上的水动力的数值模拟。


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